李家峡水库变动回水区散乱浅滩整治研究

徐成伟

（南京水利科学研究院水文水资源及水利工程科学国家重点实验室，南京210029）

黄河穿过40 km长的龙羊峡谷以后，经拉西瓦、尼那进入贵德川地，又经阿什贡峡、松巴峡，到达李家峡。李家峡大坝位于青海省尖扎县和化隆县之间的李家峡峡谷中段，距上游贵德水文站55 km，距龙羊峡大坝108.6 km（图1）［1］。贵德至阿什贡河段中，贵德县城至麻巴园艺场10 km为天然河段，处于贵德川地的上段，河道比降相对平缓，平均比降为1.0‰，河道的左岸有1986～1987年建成的治黄造田岸堤，对河道治理有良好作用，河道右岸是丘陵山区；麻巴园艺场至阿什贡12 km为李家峡水库回水变化段，属于贵德川地的下段，河段平均比降为1.06‰，河道边界条件与上段接近；阿什贡峡至松巴峡约8 km为丘陵山区河段［2］。

1 水文泥沙特征

1.1 水文特征

根据贵德水文站水文资料，1966～1984年该站多年平均流量为737.2 m3/s，1981年9月发生了50 a一遇的特大洪水，日平均流量达4 890 m3/s。1987年后，受龙羊峡水利枢纽控制，1987～1995年多年平均流量为613 m3/s，1989年8月发生了20 a一遇的洪水，日平均流量达2 350 m3/s。

1.2 泥沙

贵德水文站多年平均输沙量为2 492万t，占黄河总输沙量的1.56%；年平均含沙量2.26 kg/m3，与中下游相比明显偏小。悬移质泥沙集中在汛期6～10月份，占全年总量的85.7%。龙羊峡水库蓄水后，上游泥沙基本拦在库内。据龙羊峡初步设计报告，龙羊峡未来100 a的泥沙下泄总量约1 650万t，平均每年仅16.5万t。因此，今后本河段泥沙主要是龙羊峡坝下至李家峡区间的泥沙［1］，初步估计年均悬移质泥沙总量约1 200万t；推移质来源比较丰富，估计每年进入李家峡水库的推移质为56～84万t［3］。

1.3 河床组成

本河段河床由沙卵石组成，其中0.1～1.0 mm的沙质占17%，1.0～10 mm的砾石占17%，大于10 mm的卵石占66%，河床组成中值粒径为22 mm。贵德站没有悬移质级配资料，根据循化站资料，悬移质中值粒径为 0.03 mm［4］。

2 二维数学模型的验证计算

本文应用航道工程二维数学模型［5-7］研究本河段整治问题，引入近年发展起来的边界贴体坐标，采用贴体正交曲线网格系统来克服边界复杂及计算域长宽尺度悬殊所引起的困难。

1996年10月的贵德至阿什贡河段1：5 000河道地形测量，1999年贵德公路桥下急流滩、阿什贡滩及优良河段的1：2 000河道地形测量，2000年6月贵德吊桥至松巴峡河段1：2 000的河道地形观测与水文测量，都为河床演变分析及整治工程方案的比较计算提供了原型观测资料。

2.1 计算区域及正交曲线网格生成

计算区域从进口贵德黄河大桥至松巴峡（图2），全长约28.6 km，在域内布置384×61个网格，经贴体正交计算后得到正交曲线网格。网格沿河长方向50～100 m，沿河宽方向为10～20 m，能够反映整治工程引起的河床形态变化及其对水流结构的影响。

2.2 水流验证

龙羊峡水库运用过程中，下泄流量过程是非恒定的，同一流量的瞬时水面线资料难以取得。根据贵德站、吊桥、牧场、阿什贡站1999年4月～2000年4月及阿什贡至松巴峡的7把水尺水位资料整理后得出流量为407 m3/s、500 m3/s及670 m3/s水面线，图3给出了流量为500 m3/s时水面线计算值与实测值的比较，二者吻合较好。

图4给出了阿什贡散乱浅滩断面及阿什贡至松巴峡中间断面流速分布计算值与实测值的比较。由图4可见，二者吻合较好。此外，还验证了贵德吊桥断面及阿什贡峡口断面的流速分布［4］。

3 滩段概况及航道现状

阿什贡散乱浅滩位于阿什贡峡谷上口，浅滩段最大河宽900～1 000 m，河中有一个宽大沙卵石洲，洲宽约500 m，洲长1 500～1 600 m，洲顶高程2 181.5～2 182.5 m，将河道分为左右两汊。左汊自分流上口至下游汇流处长约2 800 m，河槽规则单一，枯水河宽50～60 m，当流量为600 m3/s时，分流比占7%～8%，实测平均纵比降为0.68‰；右汊长约1 500 m，河槽宽由上口400 m逐渐缩窄到350～300 m，设计流量时，右汊又分为左右两槽，其中紧靠右岸的右槽为主流，600 m3/s时实测平均纵比降为1.2‰，右汊分流约为90%［4］。

李家峡水库建成正常运行后，阿什贡散乱浅滩处在水库回水变动段的下段，滩段纵比降减缓，流速减小，且会产生年复一年的累积性淤积。浅滩下段即左右两汊汇流的下口，当流量为设计流量300 m3/s时，水库蓄水后水位较蓄水前壅高约1.0 m；当流量为670 m3/s时，水位较建库前壅高0.8 m；当流量达1 000 m3/s时，水位较建库前壅高也接近0.8 m。浅滩上口段相应流量下水位分别壅高0.30 m、0.56 m和0.70 m。且浅滩的纵比降在相应流量下分别由建库前的0.9‰减小到0.46‰、由0.43‰减小到0.29‰、由0.33‰减小到0.26‰。该浅滩右汊水流原本就很缓慢，流速仅为0.73～0.87 m/s，由于比降减缓，流速减小到0.43～0.58 m/s。图5给出了流量为670 m3/s时阿什贡散乱浅滩河段流场图，图5中流速分布分别为水库蓄至正常蓄水位2 180 m时的流场及水库消落期坝前水位为2 170 m时的流场。由图5可见，该变动回水区河段水库蓄水期流速明显小于消落期。因此，处于变动回水区中下段的浅滩，流速减小，河床将产生累积性淤积［4］。

图6 阿什贡河段设计水位下1.2 m航深图Fig.6 Depth chart under a level 1.2 m lower than design water level of Ashigong reach

图6给出了阿什贡散乱浅滩河段1996年、1999年与2000年设计水位下1.2 m航深图。由图6可见，该河段的航道变化较大，这可能与该河段突然放宽、水流没有明显的主槽、泥沙运动剧烈有关，阿什贡进口的河宽仅380 m，至阿什贡滩的中部河宽达940 m，河宽突然放宽约2.5倍，洪水期水流挟带大量的悬沙与底沙从缩窄段进入放宽段，放宽段水流挟沙能力远小于缩窄段，泥沙易在此停淤，枯水期由于没有单一规顺的流路，从放宽段至缩窄段（阿什贡峡口）间的水流易形成多分汊。

4 整治方案计算

4.1 整治原则及整治水位

航道整治应根据各河段不同特点，采取相应的整治原则和工程措施。对于变动回水区的散乱浅滩，拟采用塞支强干保滩固槽并辅以疏浚的工程措施，以保证正常的通航条件。

整治流量为670 m3/s，此流量相当于第二造床流量，相应水位即为整治水位。

4.2 治理措施

散乱浅滩的整治应统一规划整治线，拟采取建锁坝固定江心洲，保护边滩，控制河势，堵汊并洲，集中水流，结合新航槽的疏导，使其成为稳定的中枯水航道。

初设阶段曾考虑到阿什贡散乱浅滩段位于回水变动段的中下段，泥沙淤积致使比降逐年调平，流速将逐渐减小，浅滩的整治线宽度应逐渐缩窄，以利输沙，曾进行了丁坝群固定江心洲的整治计算［3］。

丹江口、三峡水库变动回水区多分汊河段的河床演变研究表明，随着水库的淤积，分汊河段朝着单一河势的方向发展，预计阿什贡散乱多分汊浅滩段也将随着水库淤积，河势趋于单一。现阶段要使该散乱浅滩满足通航要求，建议堵汊并洲，即将靠左岸的支汊堵塞，实施锁坝工程，上锁坝坝顶高程为2 182 m，下锁坝坝顶高程为2 181 m；顺应现状河势，分别选择了2个航线的航槽，对不能满足设计水位下1.2 m航深的地段进行疏浚，整治方案如图7所示。图8给出了航线靠中部方案整治流量时的流场，由图8可见，整治后流路较顺畅。从工程角度考虑，航线靠中部方案疏浚量相对较大，航线靠右岸方案的疏浚量相对较小，但这2个方案中哪个能维持较好的航深取决于今后水库淤积的发展趋势，从中洪水趋直的原理出发，航线靠中部方案值得推荐与研究。

5 结论

应用航道工程二维数学模型进行了水面线及流速分布的验证，计算值与实测值吻合较好，为航道整治方案比较计算奠定了良好的基础。

阿什贡散乱浅滩1996、1999及2000年主槽变化较大，这与河床突然放宽及沙卵石推移质运动频繁等因素有关；建议采用塞支强干保滩固槽并辅以疏浚的工程措施。

［1］中交水运规划设计院.青海省黄河（贵德至李家峡）航运工程初步设计报告［R］.北京：中交水运规划设计院，1999.

［2］水利电力部西北勘测设计院.黄河李家峡水电站工程初步设计报告［R］.西安：水利电力部西北勘测设计院，1984.

［3］徐成伟.黄河贵德至阿什贡河段整治工程二维数学模型研究［R］.天津：交通部天津水运工程科学研究所，1999.

［4］徐成伟.黄河贵德吊桥至松巴峡河段航道整治工程二维数学模型研究［R］.南京：南京水利科学研究院，2002.

［5］陆永军，陈国祥.航道工程泥沙数学模型的研究（I）——模型的建立［J］.河海大学学报，1997，25（6）：8-14.LU Y J，CHEN G X.Study on Sediment Mathematic Model for Waterway Engineering（I）—Development of the Model［J］.Journal of Hohai University，1997，25（6）：8-14.

［6］Yong-jun Lu，Zhao-yin Wang，Li-qin Zuo.2D numerical simulation of flood and fluvial process in the meandering and islandbraided middle Yangtze River［J］.International Journal of Sediment Research，2005，20（4）：333-349.

［7］陆永军，左利钦，季荣耀.水沙调节后三峡工程变动回水区泥沙冲淤变化［J］.水科学进展，2009，20（3）：318-324.LU Y J，ZUO L Q，JI R Y.Changes of sediment deposition and erosion at Chongqing reach in backwater area of Three Gorges Project after reservoir adjusting of the upstream in the Yangtze River［J］.Advances in Water Science，2009，20（3）：318-324.